Qual é o objeto de estudo da Fisiologia Humana? Por que a Fisiologia Humana é ensinada em um curso de licenciatura em Educação Física?

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1 Fisiologia Humana QUESTÕES INICIAIS Qual é o objeto de estudo da Fisiologia Humana? Por que a Fisiologia Humana é ensinada em um curso de licenciatura em Educação Física? Qual a importância dos conhecimentos de Fisiologia Humana para a formação dos escolares? 1

2 CONTEÚDO 1 SUMÁRIO 1 Fisiologia do Sistema Nervoso. 2 Estrutura e funcionamento dos neurônios. 3 Fisiologia do Sistema Muscular. 4 Estrutura e funcionamento dos miócitos. 1 - FISIOLOGIA DO SISTEMA NERVOSO O sistema nervoso é responsável pela percepção que temos de todas as condições e situações relacionadas ao nosso cotidiano. Além disso, o sistema nervoso realiza a interpretação das informações recebidas pelo organismo e faz as tomadas de decisões necessárias, por meio da geração e transmissão de informações para as diferentes estruturas que compõem o corpo humano. Há divisão estrutural do sistema nervoso, da seguinte forma: 2

3 SISTEMA NERVOSO Sistema Nervoso Central (SNC) Sistema Nervoso Periférico (SNP) Encéfalo Medula espinhal Somático Autônomo Simpático Parassimpático Os corpos dos neurônios formam a substância cinzenta. Os prolongamento dos neurônios formam a substância branca. Os órgãos do SNC estão protegidos por estruturas ósseas, sendo que: O encéfalo é protegido pela caixa craniana. A medula espinhal é protegida pelas vértebras da coluna. 3

4 O encéfalo é formado por três partes distintas, assim organizadas: O cérebro (dividido em: telencéfalo; diencéfalo). O cerebelo. O tronco encefálico (dividido em: mesencéfalo; bulbo; ponte). O encéfalo também tem outro tipo de proteção, que fica abaixo da caixa craniana, a qual é formada por três membranas denominadas meninges (dura-máter = mais externa; aracnoide = intermediária; pia-máter = mais interna). Entre a aracnoide e a pia-máter há o líquido cefalorraquidiano (ou líquor). 4

5 O cérebro: O telencéfalo é formado pelos dois hemisférios cerebrais, onde estão localizadas as sedes da memória, dos neurônios sensoriais e dos neurônios motores. O diencéfalo é uma espécie de direcionador dos impulsos nervosos que chegam ao cérebro, levando-os aos locais apropriados para o processamento das informações. Também é responsável pelas emoções e pela regulação da homeostase. O cerebelo: Está relacionado com os ajustes que o SNC faz para manter o equilíbrio, a postura e os movimentos voluntários. O tronco encefálico: É responsável pelas funções básicas para a manutenção da vida, tais como a respiração e os batimentos cardíacos. Controla as funções autônomas (vida vegetativa). A medula espinhal ocupa o canal vertebral, desde o atlas até a região lombar. Da medula espinhal partes 31 pares de nervos raquidianos que se comunicam com todas as partes do organismo, recebendo e transmitindo informações ao SNC. Há dois conjuntos de neurônios que se ramificam a partir da medula espinhal: Neurônios motores (via eferente): se ramificam da parte anterior da medula. Neurônios sensoriais (via aferente): se ramificam da parte posterior da medula. 5

6 O SNP é formado por milhões de neurônios que fazem a comunicação do SNC com as demais partes do organismo. Quando vários neurônios se agrupam em um feixe, forma um nervo. Os nervos que partem do encéfalo são chamados de cranianos e existem 12 pares desse tipo de nervo, os quais são responsáveis tanto por ações sensoriais quanto motoras. Dessa forma, o SNP é formado pelos nervos raquidianos (31 pares) e nervos cranianos (12 pares). 6

7 O Sistema Nervoso Periférico (SNP) é dividido em: Sistema somático: é responsável pela transmissão das informações para as ações voluntárias do corpo humano (controladas conscientemente), principalmente a contração da musculatura esquelética. Sistema autônomo (ou visceral): é responsável pela transmissão de informações para a realização das ações involuntárias do organismo, principalmente das vísceras e do coração. Esse conjunto de neurônios conduz informações, independentemente da nossa vontade e está ainda subdividido em: Simpático: em geral atua fazendo a estimulação das ações biológicas do organismo humano. Parassimpático: em geral é responsável pela inibição das ações biológicas do organismo humano. 7

8 2 ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS NEURÔNIOS As diversas ações do organismo humano são coordenadas pelo sistema nervoso, que é formado por células especializadas na recepção e transmissão de estímulos (informações), que são os neurônios. Os neurônios são células que possuem estruturas idênticas às de outras células, como membrana, núcleo, mitocôndrias e citoplasma. Mas os neurônios também possuem estruturas específicas, que formam partes distintas desse tipo de célula. 8

9 Nas partes terminais do axônio existem os botões sinápticos, onde estão estocados os neurotransmissores. Há uma enorme rede de neurônios conectados uns aos outros, por onde as informações trafegam pelo corpo humano. Mas os neurônios não tocam uns nos outros. Há um espaço denominado fenda sináptica, que separa um neurônio do outro. 9

10 A passagem de informações acontece com o uso dos neurotransmissores estocados nos botões sinápticos (nas terminações dos axônios). Quando ocorre a passagem de informação de um neurônio para outro, esse processo recebe o nome de sinapse. 10

11 Em relação a função dos neurônios do SNP, é possível diferenciá-los em: Neurônios motores (via eferente): levam informações do SNC para o SNP. SNC SNP Neurônios sensoriais (via aferente): levam informações do SNP para o SNC. Origem e propagação do impulso nervoso Os neurônios são capazes de receber e transmitir informações. Para isso, é preciso que alguns processos bioquímicos ocorram. Nas situações em que um neurônio está em repouso (sem transmitir informações), diz-se que há um POTENCIAL DE MEMBRANA. Quando um neurônio está em funcionamento (transmitindo informações), diz-se que há um POTENCIAL DE AÇÃO. 11

12 Sempre que um neurônio recebe um estímulo, a situação do potencial de membrana se altera para um potencial de ação. Quando o estímulo é recebido pelo neurônio, ocorre uma mudança na permeabilidade da membrana celular. Com isso, alguns íons atravessam a membrana celular, resultando na transmissão da informação ao longo da célula (neurônio).??? No caso da transmissão do impulso nervoso pelo neurônio, os principais íons envolvidos são o sódio (Na+) e o potássio (K+), juntamente com o cloreto (Cl-) e alguns ânions. 12

13 Durante o potencial de membrana, o neurônio está pronto para realizar sua função e a célula fica com a parte externa da membrana celular carregada de cargas positivas (+) formadas por Na + e K +, e a parte interna carregada de cargas negativas (-) formadas por Cl - e outros ânions. Durante o potencial de membrana, a membrana do neurônio está impermeável aos íons de Na +. Ao receber um estímulo, a membrana do neurônio se torna momentaneamente permeável ao Na +. Nesse momento, os íons de Na + atravessam a membrana do neurônio por difusão. Esse processo dá início ao potencial de ação. 13

14 O potencial de ação tem duas etapas: Despolarização: 1ª onda mudanças nas cargas elétricas em torno da membrana do neurônio. O meio intracelular passa a ter predominância de cargas elétricas positivas. O transporte através da membrana é por difusão. Repolarização: 2ª onda de mudanças nas cargas elétricas em torno da membrana do neurônio. O meio extracelular passa a ter predominância de cargas elétricas positivas. O transporte através da membrana é ativo. 14

15 Detalhamento das etapas do potencial de ação: 15

16 Despolarização: 1ª onda de mudanças nas cargas elétricas em torno da membrana do neurônio. Com o estímulo, a membrana celular se torna permeável ao Na + ; Ocorre difusão de Na + em grande quantidade para o meio intracelular. Com isso, as cargas elétricas negativas (ânions) são expulsas para o meio extracelular. No mesmo ponto onde teve início a onda de despolarização, após alguns milésimos de segundos, tem início a onda de repolarização. Repolarização: 2ª onda mudanças nas cargas elétricas em torno da membrana do neurônio. Com o fim do estímulo, a membrana celular se torna novamente impermeável ao Na + ; É necessário voltar ao potencial de ação, para que um novo estímulo seja transmitido. O neurônio usa um mecanismo ativo de transporte de Na + para o meio extracelular, chamado bomba de sódio-potássio. A bomba de sódio-potássio (Na + -K + ) restabelece o potencial de membrana. 16

17 A bomba de sódio-potássio (Na + -K + ) é ativada quando a concentração de Na + no meio intracelular está elevada. Ocorre o transporte ativo de Na + e de K + através da membrana. Para tornar o meio extracelular mais positivo, ocorre um transporte em maior número de íons de Na + para fora do neurônio, do que de K + para dentro do neurônio, numa proporção de 3:2. 17

18 De forma RESUMIDA, o funcionamento do neurônio para transmitir uma informação (impulso nervoso/impulso elétrico), ocorre da seguinte forma: Neurônio em repouso. (potencial de membrana) Estímulo. (altera permeabilidade da membrana) Despolarização. (difusão de Na + ) Repolarização. (uso da bomba de sódio-potássio Questões adicionais: O que é período refratário (em relação aos processos de despolarização e repolarização do neurônio)? Quando o neurônio é estimulado, a onda de despolarização é disparada em direção às duas extremidades da célula. Como é definido o lado certo para continuar passando a informação? 18

19 Classificação dos neurônios: Basicamente o corpo humano possui dois tipos de fibras nervosas (neurônios): Fibras amielínicas: são aquelas células comuns, que foram descritas anteriormente e que realizam a transmissão do impulso nervoso com a realização dos processos de despolarização e repolarização ao longo de toda a membrana do axônio. Fibras mielínicas: possuem seus axônios envolvidos por uma bainha de mielina, que é formada por uma substância lipídica (gordura) e por isso torna-se um isolante elétrico. Célula nervosa SEM bainha de mielina Célula nervosa COM bainha de mielina 19

20 A bainha de mielina não envolve o axônio em toda a sua extensão, mas apenas em alguns pontos, deixando pequenos espaços que são chamados de nódulos (nodos) de Ranvier. Esse conjunto que forma as células mielínicas possibilita que a transmissão do impulso nervoso ocorra de maneira mais rápida, devido ao processo da condução saltatória. Qual o tipo de célula nervosa mais eficiente: Mielínicas (com bainha de mielina)? Amielínicas (sem bainha de mielina)? Quais seriam as vantagens desse tipo de célula? 20

21 3 - FISIOLOGIA DO SISTEMA MUSCULAR O organismo humano realiza inúmeras atividades no dia a dia, sejam elas voluntárias ou involuntárias. Para quase todas essas ações há a participação do sistema muscular. Para atender todas as demandas, o corpo humano possui três tipos de células musculares: esquelética, lisa e cardíaca. 21

22 A células da musculatura lisa formam as paredes dos vasos sanguíneos e dos órgãos internos. A musculatura esquelética se contrai para dar mobilidade ao corpo humano. Já a musculatura cardíaca se movimenta para impulsionar o sangue pelos vasos sanguíneos. Quando um neurônio motor conecta-se a uma fibra muscular, ocorre uma junção neuromuscular denominada placa motora. 22

23 4 ESTRUTURA E FUNCIONAMENTO DOS MIÓCITOS Como não há contato entre a fibra nervosa e a fibra muscular (fenda sináptica), quando o impulso nervoso chega ao final do neurônio ocorre a liberação de acetilcolina, que atua como neurotransmissor. A acetilcolina vai se conectar a receptores na fibra muscular, provocando uma despolarização dessa fibra. 23

24 Os músculos esqueléticos têm uma organização complexa, que pode ser descrita (de forma resumida) da seguinte forma: Cada célula (ou fibra) muscular possui também algumas estruturas exclusivas, as quais são responsáveis pela contração muscular: Túbulos transversos (ou túbulos T) e retículo sarcoplasmático: servem para transportar substâncias no interior da fibra muscular. Miofibrilas: são estruturas alongadas compostas por filamentos protéicos, que são a actina (filamento fino) e a miosina (filamento espesso). 24

25 Nos filamentos de actina ainda há outras duas estruturas protéicas, que são a troponina e a tropomiosina. 25

26 A contração do músculo ocorre devido ao encurtamento do sarcômero. Isso acontece porque as miofibrilas, formadas por actina e miosina, deslizam umas sobre as outras. Quando o impulso nervoso chega à célula muscular, ocorre a despolarização dessa fibra. 26

27 A despolarização da fibra muscular provoca a saída dos íons de Ca ++ dos túbulos T e do Retículo Sarcoplasmático, passando-os para o interior da fibra muscular, indo de encontro às miofibrilas. Os íons de cálcio têm grande afinidade com as moléculas de troponina e, por isso, sempre que há Cálcio em contato com as miofibrilas, ocorre uma junção desse íon com as moléculas de troponina. 27

28 Isso faz com que a tropomiosina seja removida de seu lugar de origem, que fica sobre os sítios ativos da actina. No momento em que a tropomiosina é retirada de cima dos sítios ativos da actina, a miosina conecta pequenas hastes nesses sítios, que puxam os filamentos de actina em direção ao centro do sarcômero, fazendo um deslizamento das miofibrilas. As conexões entre actina e miosina são chamadas de pontes cruzadas. 28

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32 No momento em que há interrupção do impulso nervoso na junção neuromuscular, um mecanismo chamado bomba de cálcio entra em ação para separar o cálcio da troponina, devolvendo-o para o interior do túbulos T. Isso faz com que a tropomiosina volte a ficar sobre os sítios ativos, impedindo que ocorram as pontes cruzadas, provocando o relaxamento muscular. 32

33 OBS.: para que ocorra a contração muscular é necessário que haja energia (ATP) disponível para a realização desse processo, principalmente para o deslizamento das miofibrilas e para a ação da bomba de cálcio. Esquematização da seqüência de eventos que ocorrem para a realização da contração muscular Estímulo vindo pelo neurônio motor; Liberação de acetilcolina na fenda sináptica; Despolarização da fibra muscular; Os túbulos T liberam cálcio para o interior das miofibrilas; Os íons de cálcio se ligam a troponina; Ocorre o deslocamento da tropomiosina de cima dos sítios ativos da actina; A miosina conecta suas hastes nos sítios ativos da actina, formando as pontes cruzadas; Deslizamento das miofibrilas em direção ao centro do sarcômero (contração); Fim do estímulo nervoso no neurônio motor. Ação da bomba de cálcio; O músculo volta a ficar relaxado. 33

34 TIPOS DE FIBRAS MUSCULARES Existem várias formas de classificar as fibras musculares esqueléticas. No entanto, uma nomenclatura bastante utilizada faz uma diferenciação em: Fibras de contração lenta (tipo 1). Fibras de contração rápida (tipo 2). Tipo 2a. Tipo 2b. Fibras do Tipo 1 Fibras do tipo 2 Contração lenta. Mais eficientes em exercícios prolongados. Contêm grande quantidade de mitocôndrias e uma boa rede de capilares (veias e artérias), além de uma concentração elevada de mioglobina. Mais resistentes a fadiga, trabalhando de maneira aeróbica. Contração rápida. Mais eficientes em exercícios mais curtos e que exigem muita força. Os seres humanos apresentam dois tipos de fibras rápidas: tipo 2a e 2b. Tipo 2b = têm um número pequeno de mitocôndrias e são menos resistentes a fadiga. Porém, essas fibras são capazes de gerar uma grande quantidade de força por um período curto de tempo. Tipo 2a = são chamadas de fibras intermediárias, pois suas características (força, velocidade de contração, número de mitocôndrias, capilares e mioglobina) encontram-se entre as características das fibras do tipo 1 e do tipo 2b. 34

35 Fibras do Tipo 1 Fibras do tipo 2 Quadro comparativo da distribuição dos diferentes tipos de fibras musculares esqueléticas no ser humano: INDIVÍDUOS % DE FIBRAS DO TIPO 1 % DE FIBRAS DO TIPO 2 Corredores de longa distância Corredores de curta distância Não atletas Fonte: adaptado de Powers e Howley (2014). 35